/*!
 * \file future.hpp
 * \brief Future异步编程模式的内部实现
 *
 * \details 此文件包含Future异步编程模式的详细实现，提供：
 *          - Future实现的核心类future_impl
 *          - 任务函数包装器future_impl_task_func
 *          - 异步结果获取和状态管理
 *          - 线程安全的结果设置和等待机制
 *          
 *          Future模式允许：
 *          - 异步执行任务并稍后获取结果
 *          - 线程安全的状态查询和结果获取
 *          - 超时等待和取消操作
 *          - 异常处理机制（部分实现）
 *          
 *          这是线程池Future功能的底层实现，不应直接使用。
 *
 * Copyright (c) 2005-2007 Philipp Henkel
 *
 * Use, modification, and distribution are  subject to the
 * Boost Software License, Version 1.0. (See accompanying  file
 * LICENSE_1_0.txt or copy at http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt)
 *
 * http://threadpool.sourceforge.net
 *
 */


#ifndef THREADPOOL_DETAIL_FUTURE_IMPL_HPP_INCLUDED
#define THREADPOOL_DETAIL_FUTURE_IMPL_HPP_INCLUDED


#include "locking_ptr.hpp"

#include <boost/smart_ptr.hpp>
#include <boost/optional.hpp>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <boost/thread/condition.hpp>
#include <boost/thread/xtime.hpp>
#include <boost/utility/result_of.hpp>
#include <boost/static_assert.hpp>
#include <boost/type_traits.hpp>

namespace boost { namespace threadpool { namespace detail 
{

/*!
 * \brief Future模式的核心实现类
 * 
 * \details future_impl提供异步编程模式的完整实现，包括：
 *          - 异步结果的存储和获取
 *          - 线程安全的状态管理
 *          - 同步和超时等待机制
 *          - 任务取消功能
 *          - 执行状态跟踪
 *          
 *          核心特性：
 *          - volatile语义确保多线程可见性
 *          - 条件变量实现高效等待
 *          - 锁指针确保线程安全访问
 *          - 任务取消和状态查询
 *          
 * \tparam Result 异步操作的结果类型
 */
template<class Result> 
class future_impl
{
public:
  typedef Result const & result_type; //!< 指示函数对象的结果类型
  typedef Result future_result_type; //!< 指示Future的结果类型
  typedef future_impl<future_result_type> future_type; //!< Future类型自身的别名

private:
    volatile bool m_ready;                    //!< 结果是否已准备好
    volatile future_result_type m_result;     //!< 存储异步操作的结果

    mutable mutex m_monitor;                  //!< 保护状态变更的互斥锁
    mutable condition m_condition_ready;      //!< 结果准备完成的条件变量

    volatile bool m_is_cancelled;             //!< 任务是否已被取消
    volatile bool m_executing;                //!< 任务是否正在执行

public:

  /*!
   * \brief 默认构造函数
   * 
   * \details 初始化Future实例，设置初始状态为未准备、未取消。
   *          执行状态由set_execution_status单独管理。
   */
  future_impl()
  : m_ready(false)
  , m_is_cancelled(false)
  {
  }

  /*!
   * \brief 检查结果是否已准备好
   * \return 如果结果已准备好返回true，否则返回false
   * 
   * \details 非阻塞查询，可以安全地从任何线程调用。
   *          使用volatile语义确保多线程环境下的可见性。
   */
  bool ready() const volatile
  {
    return m_ready; 
  }

  /*!
   * \brief 等待结果准备完成
   * 
   * \details 阻塞调用线程直到异步操作完成。使用条件变量实现高效等待，
   *          避免忙等待的CPU消耗。线程安全，可以从多个线程同时调用。
   */
  void wait() const volatile
  {
    const future_type* self = const_cast<const future_type*>(this);
    mutex::scoped_lock lock(self->m_monitor);

    while(!m_ready)
    {
      self->m_condition_ready.wait(lock);
    }
  }

  /*!
   * \brief 带超时的等待结果准备完成
   * \param timestamp 超时时间点
   * \return 如果在超时前结果准备完成返回true，超时返回false
   * 
   * \details 在指定时间内等待异步操作完成。如果超时，不会影响
   *          异步操作的继续执行，只是不再等待。
   */
  bool timed_wait(boost::xtime const & timestamp) const
  {
    const future_type* self = const_cast<const future_type*>(this);
    mutex::scoped_lock lock(self->m_monitor);

    while(!m_ready)
    {
      if(!self->m_condition_ready.timed_wait(lock, timestamp)) return false;
    }

    return true;
  }

  /*!
   * \brief 获取异步操作的结果
   * \return 异步操作的结果引用
   * 
   * \details 阻塞调用，等待结果准备完成后返回。如果任务被取消或
   *          发生异常，行为未定义（异常处理功能尚未完全实现）。
   */
  result_type operator()() const volatile
  {
    wait();
/*
    if( throw_exception_ != 0 )
    {
      throw_exception_( this );
    }
*/
 
    return *(const_cast<const future_result_type*>(&m_result));
  }

  /*!
   * \brief 设置异步操作的结果
   * \param r 要设置的结果值
   * 
   * \details 线程安全地设置异步操作的结果并通知所有等待的线程。
   *          只有在任务未完成且未被取消的情况下才会设置结果。
   *          使用锁指针确保操作的原子性。
   */
  void set_value(future_result_type const & r) volatile
  {
    locking_ptr<future_type, mutex> lockedThis(*this, m_monitor);
    if(!m_ready && !m_is_cancelled)
    {
      lockedThis->m_result = r;
      lockedThis->m_ready = true;
      lockedThis->m_condition_ready.notify_all();
    }
  }

/*
  // 异常处理功能（尚未完全实现）
  template<class E> void set_exception() // throw()
  {
    m_impl->template set_exception<E>();
  }

  template<class E> void set_exception( char const * what ) // throw()
  {
    m_impl->template set_exception<E>( what );
  }
*/

   /*!
    * \brief 尝试取消异步操作
    * \return 如果成功取消返回true，否则返回false
    * 
    * \details 只有在任务尚未完成且未开始执行时才能成功取消。
    *          如果任务已经开始执行，取消标志仍会被设置，但任务会继续执行。
    */
   bool cancel() volatile
   {
     if(!m_ready || m_executing)
     {
        m_is_cancelled = true;
        return true;
     }
     else
     {
       return false;
     }
   }

   /*!
    * \brief 检查任务是否已被取消
    * \return 如果任务已被取消返回true，否则返回false
    * 
    * \details 非阻塞查询，线程安全。可用于任务执行过程中检查取消状态。
    */
   bool is_cancelled() const volatile
   {
     return m_is_cancelled;
   }

   /*!
    * \brief 设置任务的执行状态
    * \param executing 是否正在执行
    * 
    * \details 由任务执行器调用，用于跟踪任务的执行状态。
    *          影响取消操作的行为：正在执行的任务不能被取消。
    */
   void set_execution_status(bool executing) volatile
   {
     m_executing = executing;
   }
};

/*!
 * \brief Future任务函数包装器
 * 
 * \details 将普通函数包装为可以与Future配合使用的任务对象。
 *          负责：
 *          - 执行包装的函数
 *          - 将结果设置到关联的Future
 *          - 管理执行状态和取消检查
 *          - 异常处理（部分实现）
 *          
 * \tparam Future Future模板类
 * \tparam Function 要包装的函数类型
 */
template<
  template <typename> class Future,
  typename Function
>
class future_impl_task_func
{

public:
  typedef void result_type;                         //!< 函数对象的结果类型（总是void）
  typedef Function function_type;                   //!< 包装的函数类型
  typedef typename result_of<function_type()>::type future_result_type; //!< Future的结果类型
  typedef Future<future_result_type> future_type;   //!< Future的类型

  // 任务函数必须是无参数函数
  BOOST_STATIC_ASSERT(function_traits<function_type()>::arity == 0);

  // 任务函数的结果类型不能是void
  BOOST_STATIC_ASSERT(!is_void<future_result_type>::value);

private:
  function_type             m_function;   //!< 要执行的函数
  shared_ptr<future_type>   m_future;     //!< 关联的Future对象

public:
  /*!
   * \brief 构造函数
   * \param function 要包装的函数
   * \param future 关联的Future对象
   * 
   * \details 创建任务包装器，将函数与Future关联。
   */
  future_impl_task_func(function_type const & function, shared_ptr<future_type> const & future)
  : m_function(function)
  , m_future(future)
  {
  }

  /*!
   * \brief 执行包装的任务
   * 
   * \details 执行流程：
   *          1. 设置执行状态为true
   *          2. 检查是否已被取消
   *          3. 执行函数并设置结果到Future
   *          4. 恢复执行状态为false
   *          
   *          异常处理：当前实现中异常处理不完整，
   *          需要在未来版本中改进。
   */
  void operator()()
  {
    if(m_function)
    {
      m_future->set_execution_status(true);
      if(!m_future->is_cancelled())
      {
        // TODO: 完善Future异常处理机制
        m_future->set_value(m_function());
      }
      m_future->set_execution_status(false); // TODO: 考虑异常情况的处理
    }
  }

};

} } } // namespace boost::threadpool::detail

#endif // THREADPOOL_DETAIL_FUTURE_IMPL_HPP_INCLUDED


